JP2005335380A - Method and apparatus for extruding and laminating molten resin - Google Patents

Method and apparatus for extruding and laminating molten resin Download PDF

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祐治 阪上
Yoshiki Muto
宜樹 武藤
Kazuyoshi Takada
和義 高田
Fumio Saito
史生 齊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the technology of extruding and laminating a molten resin, which can sufficiently ensure interlaminar adhesion strength. <P>SOLUTION: This apparatus 20 for extruding and laminating the molten resin 11, which laminates the molten resin in a multitiered state while extruding it, comprises an ejection unit 21 for extruding the molten resin, a heating unit 22 for heating an already extruded resin material, and a controller 23 for controlling the operation of the ejection unit and the heating unit. The controller controls the heating unit so that the heating unit can heat the resin material which forms the previous tier, when the molten resin is extruded from the ejection unit so as to form a certain tier. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、溶融樹脂の押し出し積層方法、および溶融樹脂の押し出し積層装置に関する。   The present invention relates to a molten resin extrusion laminating method and a molten resin extrusion laminating apparatus.

従来、成形用金型を使用せずに、流動化した成形材料を押し出し積層して立体的な部品を得る成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。   Conventionally, a molding method is known in which a three-dimensional component is obtained by extruding and laminating fluidized molding materials without using a molding die (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載された成形方法では、まず、流動化した成形材料である溶融樹脂を、成形しようとする成形品の全部を包含すると同時にその外形に近似する容積の塊状となるように作業テーブル上に供給する。次いで、溶融樹脂を固化させた後に、容積を削減する加工を行い、成形品を得ている。   In the molding method described in Patent Document 1, first, the working table is formed so that the molten resin, which is a fluidized molding material, includes all of the molded product to be molded and at the same time has a volume with a volume approximating its outer shape. Feed on. Next, after the molten resin is solidified, processing for reducing the volume is performed to obtain a molded product.

溶融樹脂を押し出し積層する場合には、まず一段を積み、当該一段が積み終わったら次の段に進むというように、一段一段下から層を積んでいく。ここにおいて、一段あたりの積層面積が大きく、一段を積むのに時間を要する場合には、次の段を積むときに前の段の樹脂温度が低下し、層間の溶着強度が十分に確保できない虞がある。
国際公開第９７／２４２１７号パンフレット When extruding and laminating molten resin, the layers are stacked one by one, starting with stacking one step and proceeding to the next step when the stack is completed. Here, if the stacking area per stage is large and it takes time to stack one stage, the resin temperature of the previous stage is lowered when the next stage is stacked, and there is a possibility that the welding strength between layers cannot be sufficiently secured. There is.
International Publication No. 97/24217 Pamphlet

本発明の目的は、層間の溶着強度を十分に確保し得る、溶融樹脂の押し出し積層技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique for extruding and laminating a molten resin that can sufficiently secure the welding strength between layers.

上記目的を達成するための請求項１に記載の本発明は、溶融樹脂を押し出しながら多段に積層する方法であって、
ある段の層を形成するために溶融樹脂を押し出す際に、加熱手段により、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱することを特徴とする溶融樹脂の押し出し積層方法である。 The present invention according to claim 1 for achieving the above object is a method of laminating in a multistage while extruding a molten resin,
A method of extruding and laminating a molten resin, characterized in that when a molten resin is extruded to form a layer of a certain step, a resin material forming the layer of the previous step is heated by a heating means.

上記目的を達成するための請求項４に記載の本発明は、溶融樹脂を押し出しながら多段に積層する装置であって、
溶融樹脂を押し出す吐出手段と、
すでに押し出されている樹脂材料を加熱する加熱手段と、
前記吐出手段および前記加熱手段の作動を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、ある段の層を形成するために前記吐出手段から溶融樹脂を押し出す際に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱するように前記加熱手段を制御することを特徴とする溶融樹脂の押し出し積層装置である。 The present invention according to claim 4 for achieving the above object is an apparatus for laminating in a multistage while extruding a molten resin,
Discharging means for extruding molten resin;
Heating means for heating the already extruded resin material;
Control means for controlling the operation of the discharge means and the heating means,
The control means controls the heating means to heat the resin material forming the previous stage layer when extruding the molten resin from the discharge means to form a stage layer. This is an extrusion laminating apparatus for molten resin.

本発明によれば、層間に十分な幅の溶着層を形成することができ、層間の溶着強度を十分に高めることができる。   According to the present invention, a welding layer having a sufficient width can be formed between the layers, and the welding strength between the layers can be sufficiently increased.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１（Ａ）は、本発明に係る溶融樹脂１１の押し出し積層方法を具現化した、本発明に係る溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０の第１の実施形態を示す概略構成図、図１（Ｂ）（Ｃ）は、溶融樹脂１１を押し出し積層して成形された積層中間品１２を示す正面図および上面図である。図２は、積層中間品１２に機械加工を施す機械加工装置３０を示す概略構成図である。図３（Ａ）は、本発明の作用の説明に供する、層間を示す断面図、図３（Ｂ）は、対比例の説明に供する、層間を示す断面図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用して製作された樹脂製インテークマニホールド４０の一例を示す正面図、上面図、およびフランジ部４１ａの端面図である。 (First embodiment)
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an apparatus for extruding and laminating a molten resin 11 according to the present invention, which embodies the method for extruding and laminating a molten resin 11 according to the present invention. B) (C) are a front view and a top view showing a laminated intermediate product 12 formed by extruding and laminating a molten resin 11. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a machining apparatus 30 that performs machining on the laminated intermediate product 12. FIG. 3A is a cross-sectional view showing the layers for explaining the operation of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing the layers for explaining the comparison. 4A to 4C are a front view, a top view, and an end view of the flange portion 41a showing an example of a resin intake manifold 40 manufactured by applying the present invention.

図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明を適用して製作される樹脂製インテークマニホールド４０は、両端部にフランジ部４１ａ、４１ｂが設けられた第１の半分割体４１と、当該第１の半分割体４１に組み合わせられる第２の半分割体４２とを有している。   As shown in FIGS. 4A to 4C, a resin intake manifold 40 manufactured by applying the present invention includes a first half-divided body 41 provided with flange portions 41a and 41b at both ends. And a second half-divided body 42 combined with the first half-divided body 41.

第１と第２の半分割体４１、４２のそれぞれは、溶融樹脂１１を押し出し積層して積層中間品１２を成形する工程（図１を参照）と、成形された積層中間品１２を半分割体形状にする機械加工を施す工程（図２を参照）とを経て成形される。そして、成形した第１と第２の半分割体４１、４２同士を接着剤により接合することによって、樹脂製インテークマニホールド４０が製作される。   Each of the first and second half-divided bodies 41 and 42 includes a step of extruding and laminating the molten resin 11 to form the laminated intermediate product 12 (see FIG. 1), and the molded laminated intermediate product 12 in half. It is molded through a process of machining the body shape (see FIG. 2). And the resin-made intake manifold 40 is manufactured by joining the shape | molded 1st and 2nd half-divided bodies 41 and 42 with an adhesive agent.

上記のような成形方法のメリットは、次のとおりである。つまり、樹脂成形品を製作する際に、従来の射出成形や圧縮成形のように金型を準備する必要がないため、安価かつ短納期で、樹脂成形品を製作できる。さらに、本工法は、少量の試作部品を製作する場合や、生産量の少ない部品を製作する場合に有効である。   The advantages of the molding method as described above are as follows. That is, when a resin molded product is manufactured, it is not necessary to prepare a mold as in the case of conventional injection molding or compression molding. Therefore, the resin molded product can be manufactured at a low cost and with a short delivery time. Furthermore, this method is effective when producing a small amount of prototype parts or when producing parts with a small production volume.

図１を参照して、溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０は、溶融樹脂１１を押し出しながら多段に積層するために用いられる。当該積層装置２０は、インテークマニホールド４０の半分割体を包含し、かつ、半分割体の外形に近似した形状に、溶融樹脂１１を多段に積層する。なお、図１（Ａ）（Ｂ）においては、積層中間品１２の層間を実線により示してある。また、図１（Ａ）〜（Ｃ）においては、機械加工後に製品となる第１の半分割体４１を２点鎖線により示してある。   Referring to FIG. 1, an extrusion laminating apparatus 20 for molten resin 11 is used for laminating in a multistage manner while extruding molten resin 11. The laminating apparatus 20 includes the half-divided body of the intake manifold 40 and laminates the molten resin 11 in multiple stages in a shape approximate to the outer shape of the half-divided body. In FIGS. 1A and 1B, the layers of the laminated intermediate product 12 are indicated by solid lines. 1A to 1C, the first half-divided body 41 that becomes a product after machining is indicated by a two-dot chain line.

図１（Ａ）に示すように、溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０は、概説すれば、溶融樹脂１１を押し出す吐出ユニット２１（吐出手段に相当する）と、すでに押し出されている樹脂材料を加熱する加熱ユニット２２（加熱手段に相当する）と、吐出ユニット２１および加熱ユニット２２の作動を制御するコントローラ２３（制御手段に相当する）と、を有している。以下、詳述する。   As shown in FIG. 1 (A), the molten resin 11 extrusion laminating apparatus 20, when outlined, heats a discharge unit 21 (corresponding to discharge means) for extruding the molten resin 11 and a resin material that has already been extruded. And a controller 23 (corresponding to control means) for controlling the operation of the discharge unit 21 and the heating unit 22. Details will be described below.

本実施形態で使用する樹脂材料は熱可塑性樹脂である限りにおいて特に限定されないが、例えば、ガラス繊維強化ポリアミド６（ＰＡ６ＧＦ）を使用することができる。   The resin material used in the present embodiment is not particularly limited as long as it is a thermoplastic resin. For example, glass fiber reinforced polyamide 6 (PA6GF) can be used.

前記吐出ユニット２１は、樹脂材料を溶融し、溶融樹脂１１を所定流量で押し出す。吐出ユニット２１は、図示しないロボットのハンドに把持され、水平方向および鉛直方向の両方向に移動自在に設けられている。コントローラ２３は、ロボットの作動を制御し、吐出ユニット２１の位置を制御する。吐出ユニット２１の移動の軌跡は、図１（Ｃ）に実線矢印により示される。コントローラ２３はまた、吐出ユニット２１の作動を制御し、溶融樹脂１１の押し出しの開始／停止を制御する。吐出ユニット２１は、溶融樹脂１１を押し出して一段積層した後に、上方向に移動され、次の段の樹脂を積層する。このように、積層中間品１２は、溶融樹脂１１が一段一段下から順に積層されて形成される。   The discharge unit 21 melts the resin material and extrudes the molten resin 11 at a predetermined flow rate. The discharge unit 21 is held by a robot hand (not shown) and is provided so as to be movable in both the horizontal direction and the vertical direction. The controller 23 controls the operation of the robot and controls the position of the discharge unit 21. The locus of movement of the discharge unit 21 is indicated by a solid arrow in FIG. The controller 23 also controls the operation of the discharge unit 21 and controls the start / stop of extrusion of the molten resin 11. The discharge unit 21 extrudes the molten resin 11 and stacks it in one stage, and then moves upward to stack the next stage resin. In this way, the laminated intermediate product 12 is formed by laminating the molten resin 11 in order from the bottom one by one.

前記加熱ユニット２２は、熱風噴出機を含み、すでに押し出されている樹脂材料に向けて熱風２２ａを噴出し、当該樹脂材料を加熱する。加熱ユニット２２も、図示しないロボットのハンドに把持され、水平方向および鉛直方向の両方向に移動自在に設けられている。コントローラ２３は、ロボットの作動を制御し、加熱ユニット２２の位置を制御する。加熱ユニット２２の位置は、熱風２２ａを噴出する位置が溶融樹脂１１の積層位置の直前位置となるように、吐出ユニット２１の移動に同期して制御される。コントローラ２３はまた、加熱ユニット２２の作動を制御し、熱風２２ａの噴出の開始／停止を制御する。   The heating unit 22 includes a hot air blower, and blows hot air 22a toward the already extruded resin material to heat the resin material. The heating unit 22 is also held by a robot hand (not shown) and is provided so as to be movable in both the horizontal direction and the vertical direction. The controller 23 controls the operation of the robot and controls the position of the heating unit 22. The position of the heating unit 22 is controlled in synchronism with the movement of the discharge unit 21 so that the position at which the hot air 22a is ejected is immediately before the position where the molten resin 11 is laminated. The controller 23 also controls the operation of the heating unit 22 and controls the start / stop of ejection of the hot air 22a.

前記コントローラ２３は、吐出ユニット２１および加熱ユニット２２の作動を制御する。特に、コントローラ２３は、ある段の層を形成するために吐出ユニット２１から溶融樹脂１１を押し出す際に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱するように加熱ユニット２２を制御している。   The controller 23 controls the operation of the discharge unit 21 and the heating unit 22. In particular, the controller 23 controls the heating unit 22 so as to heat the resin material forming the previous layer when the molten resin 11 is extruded from the discharge unit 21 to form a certain layer. ing.

図３（Ｂ）に示すように、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱しないまま、この層の上に溶融樹脂を押し出して積層する対比例の場合には、層間の溶着層１３の幅ｗｂは数十μｍ程度である。一段あたりの積層面積が大きく、一段を積むのに時間を要する場合には、次の段を積むときに前の段の樹脂温度の低下が著しく、溶着層１３の幅ｗｂがさらに小さくなり、層間の溶着強度が十分に確保できなくなる。また、一段積層した後、次の段を積層するまでに段取り代えや休憩などをはさんだ場合には、前の段の樹脂温度が常温近くまで低下し、層間の溶着強度がさらに低下し、層間の剥離が発生する虞もある。   As shown in FIG. 3B, when the resin material forming the layer of the previous stage is not heated, the molten resin is extruded onto this layer, and in the case of comparison, the welding layer between the layers is used. The width wb of 13 is about several tens of μm. When the stacking area per stage is large and it takes time to stack one stage, when the next stage is stacked, the resin temperature of the previous stage is drastically reduced, and the width wb of the welded layer 13 is further reduced. It becomes impossible to secure a sufficient welding strength. In addition, if a step change or a break is inserted before the next step is stacked after the first layer is stacked, the resin temperature of the previous step decreases to near room temperature, and the welding strength between layers further decreases, There is also a possibility that peeling of the material may occur.

これに対して本実施形態では、ある段の層を形成するために吐出ユニット２１から溶融樹脂１１を押し出して積層する直前に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱している。このため、図３（Ａ）に示すように、層間の溶着層１３の幅ｗａは、対比例に比べて拡がり、１００μｍ以上となる。したがって、一段を積むのに時間を要する場合や、段取り代えや休憩などをはさんだ場合であっても、層間に十分な幅ｗａの溶着層１３を形成することができ、層間の溶着強度を十分に高めることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the resin material forming the previous layer is heated immediately before the molten resin 11 is extruded from the discharge unit 21 and laminated to form a certain layer. . For this reason, as shown in FIG. 3A, the width wa of the interlayer weld layer 13 is larger than that of the proportional layer, and is 100 μm or more. Therefore, even when it takes time to stack one layer, or when a setup change or a break is sandwiched, it is possible to form the welding layer 13 having a sufficient width wa between the layers, and to provide sufficient welding strength between the layers. Can be increased.

図２を参照して、機械加工装置３０は、ツール３１を備えたＮＣ工作機械３２を含み、成形された積層中間品１２に対して切削加工などを施し、半分割体形状を形成する。そして、成形した第１と第２の半分割体４１、４２同士を接着剤により接合することによって、樹脂製インテークマニホールド４０を得る。   Referring to FIG. 2, the machining apparatus 30 includes an NC machine tool 32 provided with a tool 31, and performs cutting or the like on the formed laminated intermediate product 12 to form a half-divided body shape. And the resin-made intake manifold 40 is obtained by joining the shape | molded 1st and 2nd half-divided bodies 41 and 42 with an adhesive agent.

以上説明したように、第１の実施形態に係る溶融樹脂１１の押し出し積層方法は、溶融樹脂１１を押し出しながら多段に積層する方法であって、ある段の層を形成するために溶融樹脂１１を押し出す際に、加熱ユニット２２により、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱するので、層間に十分な幅ｗａの溶着層１３を形成することができ、層間の溶着強度を十分に高めることができる。   As described above, the method for extruding and laminating the molten resin 11 according to the first embodiment is a method of laminating the molten resin 11 in multiple stages while extruding the molten resin 11, and the molten resin 11 is formed in order to form a certain layer. When extruding, the heating unit 22 heats the resin material forming the previous layer, so that the welding layer 13 having a sufficient width wa can be formed between the layers, and the welding strength between the layers can be sufficiently increased. Can be increased.

さらに、第１の実施形態に係る溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０は、溶融樹脂１１を押し出す吐出ユニット２１と、すでに押し出されている樹脂材料を加熱する加熱ユニット２２と、吐出ユニット２１および加熱ユニット２２の作動を制御するコントローラ２３と、を有し、コントローラ２３は、ある段の層を形成するために吐出ユニット２１から溶融樹脂１１を押し出す際に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱するように加熱ユニット２２を制御しているので、層間に十分な幅ｗａの溶着層１３を形成することができ、層間の溶着強度を十分に高めることができる。   Furthermore, the extrusion laminating apparatus 20 for the molten resin 11 according to the first embodiment includes a discharge unit 21 that extrudes the molten resin 11, a heating unit 22 that heats the resin material that has already been extruded, a discharge unit 21, and a heating unit. A controller 23 that controls the operation of the resin 22, and when the controller 23 pushes out the molten resin 11 from the discharge unit 21 to form a layer of a certain step, the resin forming the layer of the previous step Since the heating unit 22 is controlled so as to heat the material, the welding layer 13 having a sufficient width wa can be formed between the layers, and the welding strength between the layers can be sufficiently increased.

（第２の実施形態）
図５は、本発明に係る溶融樹脂１１の押し出し積層方法を具現化した、本発明に係る溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０の第２の実施形態を示す概略構成図である。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the apparatus for extruding and laminating the molten resin 11 according to the present invention, which embodies the method for extruding and laminating the molten resin 11 according to the present invention.

第２の実施形態は、加熱ユニット２４（加熱手段に相当する）の構成を改変した点で第１の実施形態と相違する。   The second embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the heating unit 24 (corresponding to the heating means) is modified.

第２の実施形態の加熱ユニット２４は、レーザー照射機を含み、前の段の層を形成している樹脂材料をレーザービーム２４ａによって加熱している。レーザービーム２４ａにより加熱することにより、前の段の層を形成している樹脂材料を、瞬時、かつ、より高温に加熱することができ、層間の溶着層１３の幅ｗａを一層大きくして、層間の溶着強度を一層高めることができる。   The heating unit 24 of the second embodiment includes a laser irradiator, and heats the resin material forming the previous stage layer with a laser beam 24a. By heating with the laser beam 24a, the resin material forming the previous layer can be instantaneously heated to a higher temperature, and the width wa of the interlayer weld layer 13 is further increased. The welding strength between the layers can be further increased.

レーザービーム２４ａによって加熱する第２の実施形態にあっては、樹脂材料は、レーザービーム２４ａに対して透過性を呈する材料から構成することが好ましい。樹脂材料に着色する場合にも、レーザーに対して透過性を呈する着色料によって着色することが好ましい。前の段の層を形成している樹脂材料の内部までレーザービーム２４ａが届き、樹脂材料の表面のみならず内部から樹脂材料を十分に加熱し、次の層を積層したときに層間に十分な幅ｗａの溶着層１３を形成することができ、十分強固な溶着強度を確保することができるからである（図３（Ａ）参照）。   In the second embodiment in which heating is performed by the laser beam 24a, the resin material is preferably made of a material that is transmissive to the laser beam 24a. Even when the resin material is colored, it is preferable to color the resin material with a colorant that is transparent to the laser. The laser beam 24a reaches the inside of the resin material forming the previous layer, and the resin material is sufficiently heated not only from the surface of the resin material but also from the inside. This is because the welding layer 13 having the width wa can be formed, and a sufficiently strong welding strength can be ensured (see FIG. 3A).

ここに、樹脂材料のレーザービーム２４ａに対する透過率は、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱する際の効率を考慮して、５％〜１５％とすることが好ましい。透過率が１５％を超えると、レーザービーム２４ａが透過し過ぎてエネルギーロスが発生するからである。また、透過率が５％よりも低いと、レーザービーム２４ａがすべて樹脂表面で吸収されてしまい、内部まで十分に加熱されないからである。   Here, the transmittance of the resin material with respect to the laser beam 24a is preferably set to 5% to 15% in consideration of the efficiency in heating the resin material forming the previous layer. This is because if the transmittance exceeds 15%, the laser beam 24a is excessively transmitted and energy loss occurs. Moreover, if the transmittance is lower than 5%, the laser beam 24a is completely absorbed by the resin surface, and the interior is not heated sufficiently.

以上説明したように、第２の実施形態に係る溶融樹脂１１の押し出し積層方法および溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０によれば、加熱ユニット２４は、前の段の層を形成している樹脂材料をレーザービーム２４ａによって加熱するので、前の段の層を形成している樹脂材料を、瞬時、かつ、より高温に加熱することができ、層間の溶着層１３の幅ｗａを一層大きくして、層間の溶着強度を一層高めることができる。   As described above, according to the method for extruding and laminating the molten resin 11 and the apparatus for extruding and laminating the molten resin 11 according to the second embodiment, the heating unit 24 is the resin material forming the previous layer. Is heated by the laser beam 24a, the resin material forming the previous layer can be instantaneously heated to a higher temperature, and the width wa of the interlayer weld layer 13 is further increased. The welding strength between the layers can be further increased.

さらに、樹脂材料は、レーザービーム２４ａに対して透過性を呈する材料から構成されているので、前の段の層を形成している樹脂材料の表面のみならず内部から当該樹脂材料を十分に加熱し、次の層を積層したときに層間に十分な幅ｗａの溶着層１３を形成することができ、十分強固な溶着強度を確保することができる。   Further, since the resin material is made of a material that is transparent to the laser beam 24a, the resin material is sufficiently heated not only from the surface of the resin material forming the previous layer but also from the inside. And when the next layer is laminated | stacked, the welding layer 13 of sufficient width wa can be formed between layers, and sufficient firm welding intensity | strength can be ensured.

（第３の実施形態）
図６は、本発明に係る溶融樹脂１１の押し出し積層方法を具現化した、本発明に係る溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０の第３の実施形態を示す概略構成図、図７（Ａ）〜（Ｄ）は、第３の実施形態の押し出し積層装置２０による、ある段の層の樹脂積層工程、冷却工程、加熱工程、次の層の樹脂積層工程をそれぞれ示している。また、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、押し出された溶融樹脂を冷却しない対比例において生じ得る不具合例の説明に供する図である。 (Third embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of an apparatus for extruding and laminating a molten resin 11 according to the present invention, which embodies the method for extruding and laminating a molten resin 11 according to the present invention. (D) shows the resin layering step of a certain layer, the cooling step, the heating step, and the resin layering step of the next layer by the extrusion layering device 20 of the third embodiment. FIGS. 8A to 8C are diagrams for explaining an example of a problem that may occur in proportion to not cooling the extruded molten resin.

第３の実施形態は、加熱ユニット２５（加熱手段に相当する）の構成を改変し、さらに、押し出された溶融樹脂を冷却するための冷却ユニット２６（冷却手段に相当する）を付加した点で第１と第２の実施形態と相違する。   In the third embodiment, the configuration of the heating unit 25 (corresponding to the heating means) is modified, and a cooling unit 26 (corresponding to the cooling means) for cooling the extruded molten resin is added. This is different from the first and second embodiments.

第３の実施形態の加熱ユニット２５は、遠赤外線ヒータを含み、前の段の層を形成している樹脂材料を遠赤外線ヒータから照射される遠赤外線２５ａによって加熱している。遠赤外線ヒータにより加熱することにより、第１と第２の実施形態と同様に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱することができ、層間の溶着層１３の幅ｗａを大きくして、層間の溶着強度を高めることができる。   The heating unit 25 of the third embodiment includes a far-infrared heater, and heats the resin material forming the previous stage layer by a far-infrared ray 25a irradiated from the far-infrared heater. By heating with a far-infrared heater, the resin material forming the previous layer can be heated as in the first and second embodiments, and the width wa of the interlayer weld layer 13 can be increased. Thus, the welding strength between the layers can be increased.

加熱ユニット２５は、図示しないロボットのハンドに把持され、水平方向および鉛直方向の両方向に移動自在に設けられている。コントローラ２３は、ロボットの作動を制御し、加熱ユニット２５の位置を制御する。加熱ユニット２５は、積層面を加熱遠赤外線ヒータにより好適に加熱し得る位置、つまり、積層中間品１２の上方位置に移動制御される。なお、第１の実施形態と同様に、吐出ユニット２１の移動に同期して加熱ユニット２５の移動を制御し、遠赤外線ヒータにより加熱する位置を溶融樹脂１１の積層位置の直前位置としてもよい。コントローラ２３はまた、加熱ユニット２５の作動を制御し、遠赤外線ヒータへの通電のオン／オフを制御する。   The heating unit 25 is held by a robot hand (not shown) and is provided so as to be movable in both the horizontal direction and the vertical direction. The controller 23 controls the operation of the robot and controls the position of the heating unit 25. The heating unit 25 is controlled to move to a position where the laminated surface can be suitably heated by a heated far infrared heater, that is, a position above the laminated intermediate product 12. Similarly to the first embodiment, the movement of the heating unit 25 may be controlled in synchronization with the movement of the discharge unit 21, and the position heated by the far-infrared heater may be the position immediately before the laminated position of the molten resin 11. The controller 23 also controls the operation of the heating unit 25 and controls on / off of energization to the far infrared heater.

第３の実施形態の押し出し積層装置２０はさらに、ある段の層を形成するために押し出された溶融樹脂１１が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面１２ａ（図示例では、上面）を冷却する冷却ユニット２６を有している。冷却ユニット２６は、冷却風２６ａを噴出する冷却ガンを含み、押し出された溶融樹脂１１の積層面１２ａに向けて冷却風２６ａを噴出し、この冷却風２６ａによって積層面１２ａを冷却する。   The extrusion laminating apparatus 20 according to the third embodiment further includes a laminating surface 12a (in the illustrated example, on which the next step is laminated among the surfaces of the molten resin 11 extruded to form a certain step layer facing the outside. A cooling unit 26 for cooling the upper surface) is provided. The cooling unit 26 includes a cooling gun that ejects the cooling air 26a. The cooling unit 26 ejects the cooling air 26a toward the laminated surface 12a of the extruded molten resin 11, and cools the laminated surface 12a with the cooling air 26a.

冷却ユニット２６もまた、図示しないロボットのハンドに把持され、水平方向および鉛直方向の両方向に移動自在に設けられている。コントローラ２３は、ロボットの作動を制御し、冷却ユニット２６の位置を制御する。冷却ユニット２６は、押し出された溶融樹脂１１の積層面１２ａを冷却ガンにより好適に冷却し得る位置、つまり、積層中間品１２の上方位置に移動制御される。コントローラ２３はまた、冷却ユニット２６の作動を制御し、冷却風２６ａの噴出の開始／停止を制御する。   The cooling unit 26 is also gripped by a robot hand (not shown) and is provided so as to be movable in both the horizontal and vertical directions. The controller 23 controls the operation of the robot and controls the position of the cooling unit 26. The cooling unit 26 is controlled to move to a position where the laminated surface 12a of the extruded molten resin 11 can be suitably cooled by a cooling gun, that is, a position above the laminated intermediate product 12. The controller 23 also controls the operation of the cooling unit 26 and controls the start / stop of the ejection of the cooling air 26a.

前記コントローラ２３は、吐出ユニット２１、加熱ユニット２５および冷却ユニット２６の作動を制御する。特に、コントローラ２３は、ある段の層を形成するために吐出ユニット２１から溶融樹脂１１を押し出した後に、押し出された溶融樹脂１１の積層面１２ａを冷却するように冷却ユニット２６を制御している。なお、吐出ユニット２１の移動に同期して冷却ユニット２６の移動を制御し、溶融樹脂１１を押し出しつつ、押し出された溶融樹脂１１の積層面１２ａを冷却するようにしてもよい。   The controller 23 controls the operation of the discharge unit 21, the heating unit 25 and the cooling unit 26. In particular, the controller 23 controls the cooling unit 26 to cool the laminated surface 12a of the extruded molten resin 11 after the molten resin 11 is extruded from the discharge unit 21 to form a certain layer. . In addition, the movement of the cooling unit 26 may be controlled in synchronization with the movement of the discharge unit 21, and the laminated surface 12 a of the extruded molten resin 11 may be cooled while the molten resin 11 is extruded.

図７を参照して、ある段の層を形成するために溶融樹脂１１の押し出しが終了すると（図７（Ａ）を参照）、その後、冷却ユニット２６から冷却風２６ａを噴出し、押し出された溶融樹脂１１が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面１２ａを冷却する（図７（Ｂ）を参照）。   Referring to FIG. 7, when extrusion of molten resin 11 is completed to form a layer of a certain level (see FIG. 7A), cooling air 26a is then ejected from cooling unit 26 and extruded. Of the surface where the molten resin 11 faces the outside, the laminated surface 12a on which the next step is laminated is cooled (see FIG. 7B).

次の段の層を形成するために吐出ユニット２１から溶融樹脂１１を押し出して積層する直前に、加熱ユニット２５により、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱する（図７（Ｃ）を参照）。遠赤外線ヒータにより加熱することにより、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱することができ、次の層の樹脂積層工程において（図７（Ｄ）を参照）、層間の溶着層１３の幅ｗａを大きくして、層間の溶着強度を高めることができる。   Immediately before the molten resin 11 is extruded from the discharge unit 21 and stacked to form the next layer, the heating unit 25 heats the resin material forming the previous layer (FIG. 7C )). By heating with a far-infrared heater, the resin material forming the previous layer can be heated, and in the resin layering process of the next layer (see FIG. 7D), an interlayer weld layer The width wa of 13 can be increased to increase the welding strength between the layers.

図８（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、押し出された溶融樹脂を冷却しない対比例において生じ得る不具合例を説明する。   With reference to FIGS. 8A to 8C, an example of a problem that may occur in proportion to not cooling the extruded molten resin will be described.

溶融樹脂を順次積層した積層中間品１２は、押し出された溶融樹脂が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面１２ａよりも外側面の方が先に冷却され易く、中央部分は比較的高温の溶融状態のままとなっている。このため、図８（Ａ）に示すように、積層中間品１２の外側面が、図中破線で示される目標とする形状よりも、図中実線で示される形状まで冷却収縮してしまう現象が生じる。その結果、中央部分の溶融状態のままの樹脂が、図中破線で示される目標とする形状よりも図中実線で示される形状まで、盛り上がり部１４が形成されるように変形してしまう現象が生じる。積層中間品の寸法が、目標とする寸法に比べて、高さ方向に沿って大きくなり、横方向に沿っては小さくなり、積層精度が悪化する虞がある。   In the laminated intermediate product 12 in which the molten resin is sequentially laminated, the outer surface is more easily cooled earlier than the laminated surface 12a on which the next step is laminated among the surfaces where the extruded molten resin faces the outside, and the central portion is It remains in a relatively hot molten state. For this reason, as shown in FIG. 8A, the outer surface of the laminated intermediate product 12 is cooled and contracted to the shape indicated by the solid line in the drawing rather than the target shape indicated by the broken line in the drawing. Arise. As a result, there is a phenomenon in which the resin in the molten state in the central portion is deformed so that the swelled portion 14 is formed from the target shape indicated by the broken line in the drawing to the shape indicated by the solid line in the drawing. Arise. The dimension of the laminated intermediate product becomes larger along the height direction and smaller along the horizontal direction than the target dimension, and there is a possibility that the lamination accuracy is deteriorated.

また、図８（Ｂ）に示すように、積層中間品１２中央部の盛り上がり部１４高さが目標とする高さよりも高くなるので、吐出ユニット２１の先端が溶融状態のままの樹脂と干渉する虞がある。このような場合には、吐出ユニット２１の先端に付着した樹脂が劣化してカスになり、積層中間品１２に不純物として混入してしまう。   Further, as shown in FIG. 8B, the height of the raised portion 14 at the center of the laminated intermediate product 12 is higher than the target height, so that the tip of the discharge unit 21 interferes with the resin in the molten state. There is a fear. In such a case, the resin adhering to the tip of the discharge unit 21 deteriorates and becomes residue, and is mixed into the laminated intermediate product 12 as an impurity.

さらに、図８（Ｃ）に示すように、各段をオーバーハング形状に積層した場合には、中央部分の溶融状態のままの樹脂が盛り上がって変形するのに加えて、支えがないので、オーバーハング部にダレ１５が発生するという不具合も生じる。   Furthermore, as shown in FIG. 8 (C), when the steps are stacked in an overhang shape, the resin in the melted state in the central portion rises and deforms, and since there is no support, There is also a problem that sagging 15 occurs in the hung portion.

上記の各不具合は、積層する段数が増えれば増えるほど、顕著に現れる。   Each of the above-mentioned defects becomes more prominent as the number of stacked layers increases.

これに対して、第３の実施形態にあっては、ある段の層を形成するために溶融樹脂１１を押し出した後に、冷却ユニット２６により、押し出された溶融樹脂１１が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面１２ａを冷却しているので、積層面１２ａと外側面とがほぼ均等に冷却される。このため、積層中間品１２における外側面および積層面１２ａの両者を目標とする形状に維持でき、積層精度の悪化を抑えることができる。   On the other hand, in the third embodiment, after the molten resin 11 is extruded to form a layer of a certain step, the extruded molten resin 11 is exposed to the outside by the cooling unit 26. Since the laminated surface 12a on which the next stage is laminated is cooled, the laminated surface 12a and the outer surface are cooled substantially uniformly. For this reason, both the outer side surface and the laminated surface 12a in the laminated intermediate product 12 can be maintained in a target shape, and deterioration of the laminated accuracy can be suppressed.

また、積層中間品１２の中央部の高さが目標とする高さよりも高くならないので、吐出ユニット２１の先端が溶融状態のままの樹脂と干渉することがなく、積層中間品１２に不純物を混入させる虞がない。   Further, since the height of the central portion of the laminated intermediate product 12 does not become higher than the target height, the tip of the discharge unit 21 does not interfere with the resin in the molten state, and impurities are mixed into the laminated intermediate product 12. There is no fear.

さらに、各段をオーバーハング形状に積層する場合であっても、中央部分が盛り上がって変形しないのに加えて、最上層の溶融樹脂１１が冷却されることから、オーバーハング部を十分に支えて、ダレの発生を防止することが可能となる。   Furthermore, even when each step is laminated in an overhang shape, the center portion is not raised and deformed, and the molten resin 11 in the uppermost layer is cooled, so that the overhang portion is sufficiently supported. It is possible to prevent the occurrence of sagging.

以上説明したように、第３の実施形態に係る溶融樹脂１１の押し出し積層方法および溶融樹脂１１の押し出し積層装置２０によれば、冷却ユニット２６は、押し出された溶融樹脂１１が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面１２ａを冷却するので、積層精度の悪化を抑えることができ、また、積層中間品１２に不純物を混入させる虞がなく、さらには、ダレの発生を防止しつつ各段をオーバーハング形状に積層することが可能となる。   As described above, according to the method for extruding and laminating the molten resin 11 and the apparatus for extruding and laminating the molten resin 11 according to the third embodiment, the cooling unit 26 has a surface on which the extruded molten resin 11 faces the outside. Among them, since the laminated surface 12a on which the next stage is laminated is cooled, deterioration of the lamination accuracy can be suppressed, there is no possibility that impurities are mixed into the laminated intermediate product 12, and further, the occurrence of sagging is prevented. However, each step can be stacked in an overhang shape.

本発明は、成形用金型を使用せずに、流動化した成形材料を押し出し積層して立体的な部品を得る用途に適用できる。   The present invention can be applied to an application in which a fluidized molding material is extruded and laminated to obtain a three-dimensional component without using a molding die.

図１（Ａ）は、本発明に係る溶融樹脂の押し出し積層方法を具現化した、本発明に係る溶融樹脂の押し出し積層装置の第１の実施形態を示す概略構成図、図１（Ｂ）（Ｃ）は、溶融樹脂を押し出し積層して成形された積層中間品を示す正面図および上面図である。FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a molten resin extrusion laminating apparatus according to the present invention, which embodies the molten resin extrusion laminating method according to the present invention, and FIG. C) is a front view and a top view showing a laminated intermediate product formed by extruding and laminating a molten resin. 積層中間品に機械加工を施す機械加工装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the machining apparatus which processes a laminated intermediate product. 図３（Ａ）は、本発明の作用の説明に供する、層間を示す断面図、図３（Ｂ）は、対比例の説明に供する、層間を示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view showing the layers for explaining the operation of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing the layers for explaining the comparison. 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明を適用して製作された樹脂製インテークマニホールドの一例を示す正面図、上面図、およびフランジ部の端面図である。4A to 4C are a front view, a top view, and an end view of a flange portion showing an example of a resin intake manifold manufactured by applying the present invention. 本発明に係る溶融樹脂の押し出し積層方法を具現化した、本発明に係る溶融樹脂の押し出し積層装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the extrusion lamination apparatus of the molten resin which concerns on this invention which actualized the extrusion lamination method of molten resin which concerns on this invention. 本発明に係る溶融樹脂の押し出し積層方法を具現化した、本発明に係る溶融樹脂の押し出し積層装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 3rd Embodiment of the extrusion lamination apparatus of the molten resin which concerns on this invention which actualized the extrusion lamination method of molten resin which concerns on this invention. 図７（Ａ）〜（Ｄ）は、第３の実施形態の押し出し積層装置による、ある段の層の樹脂積層工程、冷却工程、加熱工程、次の層の樹脂積層工程をそれぞれ示す図である。FIGS. 7A to 7D are diagrams respectively showing a resin layering process of a certain layer, a cooling process, a heating process, and a resin layering process of the next layer by the extrusion laminating apparatus of the third embodiment. . 図８（Ａ）〜（Ｃ）は、押し出された溶融樹脂を冷却しない対比例において生じ得る不具合例の説明に供する図である。FIGS. 8A to 8C are diagrams for explaining an example of a problem that may occur in proportion to not cooling the extruded molten resin.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 溶融樹脂、
１２ 積層中間品、
１２ａ 積層面
１３ 溶着層、
２０ 溶融樹脂の押し出し積層装置、
２１ 吐出ユニット（吐出手段）、
２２ 加熱ユニット（加熱手段）、
２２ａ 熱風、
２３ コントローラ（制御手段）、
２４ 加熱ユニット（加熱手段）、
２４ａ レーザービーム、
２５ 加熱ユニット（加熱手段）、
２５ａ 遠赤外線、
２６ 冷却ユニット（冷却手段）、
２６ａ 冷却風、
３０ 機械加工装置、
３２ ＮＣ工作機械、
４０ 樹脂製インテークマニホールド、
４１ 第１の半分割体、
４１ａ、４１ｂ フランジ部、
４２ 第２の半分割体。 11 Molten resin,
12 Laminated intermediate products,
12a Laminated surface 13 Welded layer,
20 Extruded laminating device for molten resin,
21 Discharge unit (discharge means),
22 heating unit (heating means),
22a hot air,
23 controller (control means),
24 heating unit (heating means),
24a laser beam,
25 heating unit (heating means),
25a far infrared,
26 cooling unit (cooling means),
26a cooling air,
30 machining equipment,
32 NC machine tools,
40 resin intake manifold,
41 first half-divided body,
41a, 41b flange part,
42 Second half-divided body.

Claims (10)

溶融樹脂を押し出しながら多段に積層する方法であって、
ある段の層を形成するために溶融樹脂を押し出す際に、加熱手段により、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱することを特徴とする溶融樹脂の押し出し積層方法。 It is a method of laminating in multiple stages while extruding molten resin,
A method for extruding and laminating a molten resin, characterized in that when a molten resin is extruded to form a layer of a certain step, a resin material forming the layer of the previous step is heated by a heating means. 前記加熱手段は、前の段の層を形成している樹脂材料をレーザービームによって加熱することを特徴とする請求項１に記載の溶融樹脂の押し出し積層方法。   The method for extruding and laminating a molten resin according to claim 1, wherein the heating means heats the resin material forming the previous layer by a laser beam. 前記樹脂材料は、前記レーザービームに対して透過性を呈する材料から構成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶融樹脂の押し出し積層方法。   The method for extruding and laminating a molten resin according to claim 2, wherein the resin material is made of a material that is transparent to the laser beam. ある段の層を形成するために溶融樹脂を押し出した後に、冷却手段により、前記押し出された溶融樹脂が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面を冷却することを特徴とする請求項１に記載の溶融樹脂の押し出し積層方法。   After extruding the molten resin to form a layer of a certain step, the cooling surface cools the laminated surface on which the next step is laminated among the surfaces of the extruded molten resin facing the outside. The method for extruding and laminating a molten resin according to claim 1. 前記冷却手段は、前記押し出された溶融樹脂の前記積層面を冷却風によって冷却することを特徴とする請求項４に記載の溶融樹脂の押し出し積層方法。   The said cooling means cools the said lamination surface of the said extruded molten resin with cooling air, The extrusion lamination method of the molten resin of Claim 4 characterized by the above-mentioned. 溶融樹脂を押し出しながら多段に積層する装置であって、
溶融樹脂を押し出す吐出手段と、
すでに押し出されている樹脂材料を加熱する加熱手段と、
前記吐出手段および前記加熱手段の作動を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、ある段の層を形成するために前記吐出手段から溶融樹脂を押し出す際に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱するように前記加熱手段を制御することを特徴とする溶融樹脂の押し出し積層装置。 An apparatus for laminating molten resin in multiple stages,
Discharging means for extruding molten resin;
Heating means for heating the already extruded resin material;
Control means for controlling the operation of the discharge means and the heating means,
The control means controls the heating means to heat the resin material forming the previous stage layer when extruding the molten resin from the discharge means to form a stage layer. A molten resin extrusion laminating machine. 前記加熱手段は、前の段の層を形成している樹脂材料をレーザービームによって加熱することを特徴とする請求項６に記載の溶融樹脂の押し出し積層装置。   The apparatus for extruding and laminating a molten resin according to claim 6, wherein the heating means heats the resin material forming the previous layer with a laser beam. 前記樹脂材料は、前記レーザービームに対して透過性を呈する材料から構成されていることを特徴とする請求項７に記載の溶融樹脂の押し出し積層装置。   8. The molten resin extrusion laminating apparatus according to claim 7, wherein the resin material is made of a material that is transparent to the laser beam. ある段の層を形成するために押し出された溶融樹脂が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面を冷却する冷却手段をさらに有し、
前記制御手段は、ある段の層を形成するために前記吐出手段から溶融樹脂を押し出した後に、前記押し出された溶融樹脂が外部に臨む表面のうち次の段が積層される積層面を冷却するように前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項６に記載の溶融樹脂の押し出し積層装置。 A cooling means for cooling the laminated surface on which the next step is laminated among the surfaces of the molten resin extruded to form a layer of a certain step facing the outside;
The control means cools the laminated surface on which the next stage is laminated among the surfaces on which the extruded molten resin faces the outside after extruding the molten resin from the discharge means to form a layer of a certain stage. The molten resin extrusion laminating apparatus according to claim 6, wherein the cooling means is controlled as described above. 前記冷却手段は、前記押し出された溶融樹脂の前記積層面を冷却風によって冷却することを特徴とする請求項９に記載の溶融樹脂の押し出し積層装置。   The molten resin extrusion laminating apparatus according to claim 9, wherein the cooling means cools the laminated surface of the extruded molten resin with cooling air.
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